【學習筆記】《計算機組成原理與設計》學習筆記

這學期學了計組。期末的時候照着之前的筆記和PPT稍微整理了一下考點里的內容。僅供參考。

第一章

一、基礎知識

• 馮諾伊曼機五大部件：

  • 存儲器、控制器、運算器、輸入設備、輸出設備

• 計算機的分類：

  • 個人計算機、服務器計算機、高性能（超級）計算機、嵌入式計算機、智能終端、雲計算

• 計算機設計八大定律（思想）：

  • 摩爾定律
  • 用抽象簡化設計
  • 加速常用時間
  • 並行
  • 流水線
  • 預測
  • 多層次存儲系統
  • 冗余提高可靠性

• 計算機結構層次：

  • 硬件
  • 指令架構、硬件軟件接口
  • 系統軟件（編譯、操作系統、數據庫）
  • 應用軟件

• 指令系統架構（軟硬件接口），簡稱ISA

• 四種架構：

  • MIPS, x86, RISC-V, arm

二、性能衡量與計算

• 性能衡量標准

  • 響應時間

    完成一個任務的時間，完整的需要包括輸入輸出時間、調用操作系統、空閑等待。

    其中只有處理器執行時間和操作系統執行時間用在CPU，被稱為CPU時間。

  • 吞吐量（單位時間完成的任務個數）

• CPU性能參數：

  • 主頻：1GHz = 1,000 MHz = 1,000,000,000 Hz
  • 時鍾周期：1 s = 1,000 ms = 1,000,000 ns = 1,000,000,000 ps
  • CPU time = 執行周期數 / 主頻
  • ISA 決定了每條指令需要多少個周期是固定的，計算時一般用每條指令的平均周期數（CPI）

• 功耗：\(P = CV^2F\)

三、注意事項

• CPI 的“指令”指的是匯編指令，不是高級語言指令。

第二章

一、基礎知識

• 一些名詞及其縮寫

  • CISC 復雜指令系統計算機
  • RISC 精簡指令系統計算機

• 字節：1 byte = 8 bits，字：1 word = 4 bytes

• Misp 是大端存儲（區別於 x86），高位放在低地址

• 對齊：

  Misp 規定一個 32 位的數的最低位地址必須被 4 整除

• 寄存器編號於機器碼編號的對應

  • $t0 - $t7 are reg's 8 - 15
  • $t8 - $t9 are reg's 24 - 25
  • $s0 - $s7 are reg's 16 - 23

• 寄存器的功能與名稱的對應：

  • a0 - a3 存放參數
  • v0 - v1 存結果（返回值）
  • t0 - t9，s0 - s7，t 是臨時的。s 在過程調用后要復原。
  • gp（global static data），sp（棧）
  • fp（frame，幀指針，指向這個過程用到的堆棧的第一個地址）
  • ra （return address，調用過程后會把 PC 存進 ra）

• 進程的組成：

  • 棧與動態數據空間、靜態數據、代碼

二、misp 指令的大致分類與結構

• 三類指令

  • 運算指令
  • 傳送指令（訪存指令）
  • 分支指令（條件分支、無條件分支）

• 指令的構成

  • 32位：6位操作碼 + 26位操作數

• R 型指令

  • op(6) + rs(5) + rt(5) + rd(5) + shanmt(5) + funct(6)
  • op 和 funct 決定了指令的功能，shanmt 是位移量，在 sll 和 srl 指令中會用上，其它時候置 0。
  • 代表指令：
    1. add rd, rs, rt 和 addu rd, rs, rt 和 sub 等
    2. and rd, rs, rt 和 or
    3. mult rs, rt 和 multu 和 div 和 divu（rd 和 shanmt 是 0，結果低位/商存入 lo，高位/余數存入 hi）
    4. sll rd, rt, shamt 和 srl 等
    5. nor rd, rs, rt （not or）和

• I 型指令

  • op(6) + rs(5) + rt(5) + 立即數或地址(16，有符號)
  • 代表指令：addi, addui, bne, beq, lw, sw 等

• J 型指令

  • op(6) + addr(26)

三、尋址

• 五種尋址模式
  • 立即數尋址（直接通過立即數給出數據）
  • 寄存器尋址（數據存在寄存器中，通過寄存器來訪問）
  • 基址尋址（寄存器的值 + 形式地址，只是相加，沒有左移，是字節地址）
  • PC 相對尋址（16 位形式地址左移兩位與 PC 相加）
  • 偽直接尋址（26 位地址左移兩位與 PC 計數器的高 4 位相連）

四、特殊指令及其使用

• 算術位移與邏輯位移

  • 算術右移（sra），前面補的是符號位；邏輯右移，前面補的是 0。

• 如何取非：nor $t0, $t1, $zero

• 如何置 0：add $s0, $zero, $zero

• 比較指令：

  • 小於置1指令：

    slt rd, rs, rt 和 sltu rd, rs, rt（rs 比 rt 小就 rd 置 1）

    slti rt, rs, imm

  • 在早期的 misp，只有這兩條指令和 bne，beq配合

• 過程調用與棧：

  • jal procedureLabel

    把 PC 存到 ra，順便把 procedureLabel 賦給 PC

  • jr $ra

• 過程的嵌套調用：

  • 舉例：（n in $a0，返回值 in $v0）

    int fact(int n) {
        if(n < 1) return 1;
        return n * fact(n - 1);
    }
    

    其匯編代碼對應為：

    fact:
    	addi $sp, $sp, -8
    	sw $ra, 4($sp)
    	sw $a0, 0($sp)
    	
    	slti $to, $a0, 1 #判斷a0是否小於1
    	beq $t0, $zero, L1
        
    	addi $v0, $zero, 1
    	addi $sp, $sp, 
    	jr $ra #小於1於是返回了
    
    L1:	addi $a0, $a0, -1
    	jal fact
    	
    	lw $a0, 0($sp)
    	lw $ra, 4($sp)
    	addi $sp, $sp, 8
    	mul $v0, $a0, $v0
    	jr $ra
    

• 字節、半 word 操作指令

  • lb/lh rt, offset(rs)：讀入這個地址開始的八位/十六位作為低位，然后根據符號位補全，放入寄存器中
  • lbu, lhu：類似，但補 0
  • sb sh：類似，將寄存器的低字節寫進去
  • 注意，上面的“低位”，實際上是最靠右的位（因為大端存儲）

• 如何給寄存器賦 32 位的整數

  • lui rt, constant 把常數賦到寄存器高 16 位里，同時低 16 位清 0

  • 而低 16 位的數值可以用或運算弄上去

  • 舉例：

    lui $s0, 61
    ori $s0, $s0, 2304
    

• 同步指令：

  • 常出現在多處理器或多線程中。內存與寄存器的交換過程是原子操作，不可分割。

  • ll 與 sc，需要成對使用。前者指定一個鎖內存單元。若中途有人修改了這段內存，那么 sc 會在 rt 里返回 0，表示失敗；否則會把 rt 寫入內存，並把它的值（返回值）設為 1

  • 例子：

    try:	add $t0, $zero, $s4
    		ll $t1, 0($s1)
    		.... 這中間的指令要一次性執行完
    		sc $t0, 0($s1)
    		beq $t0, $zero, try
    		add $s4, $zero, $t1
    

五、注意事項

• 0 不能用在立即數，得用 $zero。

• 匯編里，源寄存器在目的寄存器之后；但在機器語言里，目的寄存器在后面。

第三章

一、規格化浮點數表示

• 標准形式：

  • IEEE Std 754 - 1985

  • \(x = (-1)^S \times (1 + Fraction) \times 2^{Exponent - Bias}\)

  • 分為單精度和雙精度（32 和 64）兩種

  • S(1) + Exponent(8/11) + Fraction(23/52)

• 指數的取值與含義：

  • 為了比較的方便，我們將階碼加上 127/1023（bios） 轉化為整數，稱為移碼
  • 注意，浮點數的指數不能為全0也不能為全1。因為這兩種情形有另外的含義
  • 指數全為1 小數全為0 表示正負無窮
  • 指數全為1 但小鼠不全為0 表示NaN（即 Not a number，不合法的數字）
  • 指數全為 0，表示 \(x = (-1)^S \times (0 + Fraction) \times 2^{1 - Bias}\)

• 注意，0.0 有正負 0 兩種表示方法。

二、浮點運算

• 由協處理器完成
• 步驟：
  • 對階（移位器）：把較小的階調整到較大的階
  • 小數部分相加（加法器）
  • 規格化相加和（移位器）
  • 判斷指數溢出（若溢出，拋出異常；否則下一步）
  • 舍入（若舍入后不再規格化，還要再回到第三步）

三、整數相加溢出判斷

• 有符號數

  • 首先，若 A 與 B 異號，相加不可能溢出

  • 若 A 與 B 同號，但 S 與 A 異號，則發生了溢出

  • 通過 xor 后的值與 0 的大小關系，可以判斷出是否異號。

    addu $t0, $t1, $t2 # $t0 = sum
    xor $t3, $t1, $t2
    slt $t3, $t3, $zero # check if signs differ
    bne $t3, $zero, NO_overflow
    xor $t3, $t0, $t1
    slt $t3, $t3, $zero
    bne $t3, $zero, Overflow
    

• 無符號數

  • 要判斷的是 \(A + B > 2^{32} - 1\)

  • 可轉化為 \(B > 2^{32} - 1 - A\)，大於號右邊實際上為 A 的按位取反。

    addu $t0, $t1, $t2
    nor $t3, $t1, $zero
    sltu $t3, $t3, $t2
    bne $t3, $zero, Overflow
    

四、注意事項與小技巧

• 如何給補碼取負：連同符號位一起取反后加一即可。
• 如何舍入：
  • 偶數舍入法：為了保證舍入是均衡的（有的入有的舍對半分）
  • 最后兩位 00舍 11入 101入 001舍（？不要求掌握）
• 設計規則：
  • 簡單來自規則（一樣的指令長度，類似的結構）
  • 折中（只有三種格式）
  • 越小越快（指令集有限，尋址方式有限）
  • 加速常見事件

第四章

一、單周期處理器設計

• 一個時鍾周期執行一條指令
• 單周期的時鍾周期，取得是執行時間最久的那條指令的周期。（一般為 lw）
• 指令的執行過程：
  • 三個步驟：取址，譯碼，執行
  • 取址：從內存中取指令，PC+4
  • 譯碼：將指令給 Control 產生控制信號，讀寄存器
  • 執行：各有不同
• 如果只有一個內存接口，會產生結構冒險，所以我們將讀取數據的和取址的分開
• 第一個下降沿取出數據，然后馬上經過組合邏輯過程算出結果，然后在第二個下降沿馬上寫入狀態單元。
• 取完址后，要把寄存器地址送到寄存器堆，把操作碼和功能碼送到控制單元。
• 對於R型指令的執行：先根據 op 和 funct 對 rs 和 rt 里的數據進行操作，然后寫入到 rd 里。不同的操作對 ALU 有不同的要求，於是我們有：ALU control 信號。
• 注意到並不是每一個周期都有寫回這一個操作（如 sw），我們需要一個額外的寫控制信號來控制寄存器堆的寫入。我們稱之為：RegWrite。
• 對於 Load 和 Store（I型）的執行：
  • 首先，計算地址時，需要用偏移量+寄存器值，所以，需要把偏移量擴展到 32 位。為此，我們增設一個Sign Extend 符號擴展單元。
  • 涉及到內存的讀寫，我們需要 MemRead 和 MemWrite 信號。
• 對於 Branch 指令的執行：
  • 需要用到 ALU 比較 rs 和 rt 的值。
  • 需要計算地址不僅要把偏移量擴展到 32 位，還要左移兩位。因此需要一個額外的左移兩位運算器。
  • 需要用新的地址來更新PC。為此也需要額外的控制信號。
• 對於 J 指令：
  • 需要左移兩位，還需要取出 PC 的高 4 位。
  • 需要額外的左移兩位擴到28位的運算器和取出PC高四位的數據線。
  • 需要額外的控制信號。
• 觀察到由於指令的不同，需要傳入 ALU 或 Write 接口的數據來源不同。所以，我們需要額外的多路選擇器。而有了選擇器，我們自然需要與之對應的選擇信號。
  • 觀察到寫回寄存器的來源有 ALU 和 Mem，所以我們需要一個 MemtoReg 信號。
  • 傳入 ALU 的數據，有的來源寄存器，有的來源符號擴展后的立即數，所以要有 ALUSrc 信號。
  • 觀察到 Branch 指令跳轉與不跳轉的 PC 不同。所以需要 PCSrc 信號。
  • 觀察到目標寄存器在 r 型里是 rd，i 型的是 rt，所以要有 RegDst 來決定取哪個位置的。
• op 傳入控制單元，產生上述的各種控制單元。
• funct 傳入 ALU control，和 ALUOp（根據 op 產生，兩位）一同，產生 ALU control（4位）信號。
• ALU 的 zero 輸出與 Branch 信號，相與產生 PCSrc。還有 j 指令，所以還需要 Jump 信號。

二、多周期處理器設計

• 每個周期只執行一個操作，因此存儲器和指令存儲器可以合並，加法器也不需要搞很多個。
• 需要注意的是 j 指令的 Shift left 2 與 branch 的不一樣。
• 需要添加狀態單元，存下每個周期的東西。
• IR 和 MDR。前者存指令，后者存內存中讀取的數據。我們需要 IRWrite 來區分二者。而內存讀寫器的地址來源也需要一個信號：IorD 來控制。
• ALU 由於用途增多，需要的選擇信號也更復雜了。PC，A。B，4，立即數，左移兩位的立即數。
• 至於圖上的 PCSrc 的變化，只是把 jump 也合了進去罷了。

三、流水線處理器設計

• 五級流水線：
  1. IF: Instruction fetch from memory
  2. ID: Instruction decode & register read
  3. EX: Execute operation or calculate address
  4. MEM: Access memory operand
  5. WB: Write result back to register
• 流水線處理器的周期大小是流水線中耗時最久的一級的大小。
• 三種冒險：
  • 結構冒險：例如，IF 和 數據操作 的冒險。解決方法是增加額外的內存讀寫器。
  • 數據冒險：解決方法如下：
    • 阻塞：塞兩個氣泡就夠。因為都是前半周期寫入，后半周期讀取。
    • 旁路
    • 對代碼重新排序
  • 控制冒險：
    • 阻塞
    • 分支預測（只有預測錯誤時才阻塞）
• 由於每個周期，各個段執行的是不同的指令，如果像之前那樣直接連接，會導致數據丟失（因為是組合邏輯）。所以，我們需要四個流水線寄存器，分別為：IF/ID，ID/EX，EX/MEM，MEM/WB。
• 除了存數據外，流水線寄存器還會存控制信號。
  • 譯碼時，會將操作碼傳入控制單元，一次性產生所有的控制信號。包括 EX，MEM，WB。
  • 但是下一級是 EX，只會用到 EX 的，所以 MEM 和 WB 的控制信號還要傳給下一級的流水線寄存器。
• 數據冒險的旁路設計
  • 冒險的判斷由三個部分組成：（以 EX 冒險為例）
    1. EX/MEM.RegWrite = 1
    2. EX/MEM.RegisterRd 不為 0（也就是 $zero，或是無 Rd）
    3. EX/MEM.RegisterRd = ID/EX.RegisterRs/RT
  • EX/MEM 和 MEM/WB 的 Rd 編號會傳到旁路單元里，這個單元會根據當前正在譯碼的這個 Rs 和 Rt 來判斷是否需要旁路，並輸出 forwardA 和 forwardB 信號（對應 Rs 和 Rt）
  • 需要注意到，有時，一條指令會同時面臨兩種冒險，這時我們需要的是最近的數據。所以，對於 MEM 冒險，我們還需要判斷是否同時存在 EX 冒險。只有當 EX 冒險的條件不滿足時，才當成 MEM 冒險處理。
  • Load 產生的冒險，是無法僅通過旁路解決的。（因為它的值到 MEM 才被取出）
    • Load 是 I 型指令，它的目的寄存器是 Rt。Load 會產生 MemRead 信號。可以根據這個來判斷。
    • 但要注意判斷的時機。ID 階段是已經把東西拿出來了。所以，我們要在 IF/ID 階段就判斷，然后塞入氣泡。
    • 判斷條件如下：ID/EX.MemRead and ((ID/EX.RegisterRt = IF/ID.RegisterRs) or (ID/EX.RegisterRt = IF/ID.RegisterRs))
    • 滿足條件時，阻塞，塞入氣泡。
    • 阻塞，就是：
      1. 將 ID/EX 寄存器的控制信號清 0（這意味着后面三個階段會做 nop）
      2. 阻止更新 PC 和 IF/ID 寄存器（意味着當前這個指令會被不斷地解碼，下個指令會不斷取址）
    • 以上過程由一個獨立的單元：冒險檢測單元完成。
• 控制冒險的處理
  • 分支決定的位置。可在 EX。一般我們更早一點，在 ID 決定。為此，我們將 PC 計算的部件（符號擴展和加法器）挪到 ID，同時加上一個等於比較器。
  • branch 分支的數據冒險處理方法類似
  • 分支預測。但是就算你預測了，你還是需要一個周期來計算地址。
  • 分支延時槽。把后面一些無影響的指令提前拉上來執行。但是，這很難做到。
• 異常的處理
  • 被中斷的指令地址會被存在 EPC 里。
  • System Control Coprocessor（CP0），或者叫協處理器（？）
  • 故障寄存器。在 Misp 中，每一位，就是一種異常。（區別於 intel 每種值一種異常）
  • 中斷是由軟件來處理。由 CPU 執行中斷處理程序。
  • 中斷處理程序在 BIOS 主板上。

第五章

一、存儲器基礎知識

• 最開始，馮諾依曼機的性能瓶頸在於 CPU。后來，轉移到了存儲器上，現在以存儲器為中心了。

• 容量大、速度快，是我們對存儲器的期望。

• 多級存儲器（存儲層次）

  • 離 CPU 越近，速度越快；越遠，容量越大。
  • CPU -- Cache（封裝在 CPU 里） -- Mem（內存條插在主板上）-- Disk（上面這兩都是通過總線與 CPU 連接）

• 程序在內存中占用的是連續的內存空間，因此稱其具有空間局部性

• 存儲器的性能差異源於材質

  • RAM：SRAM（Cache），DRAM（Mem）

  • flash 固態硬盤，機械硬盤

  • ROM：

    控制存儲器、BIOS（主板上的驅動程序）都屬於 ROM。

    PROM，EPROM，E2PROM 等

• 存儲器的基本原理（要求）：

  • 要有兩種穩定狀態來表示 0 和 1（能表示）
  • 可以由外部信號來轉換這兩狀態（能寫入）
  • 能讀出其中的信息（能讀出）
  • 無外部原因時能保存（能保持）

• 存儲器性能指標

  • 存儲容量，存儲速度

  • 存儲速度分兩類，第二類比較常用

    存取時間 ta：讀寫一次花的時間

    存取周期 tm：間隔多長時間后可以啟動第二次讀寫（算上了電路的恢復過程）

• 硬盤性能計算：（前兩項為主）

  • 平均尋道時間（產家固定）
  • 等待時間（平均旋轉延時，轉半圈的時間，注意 rpm 的單位是每分鍾多少轉）
  • 傳輸時間，控制延時

二、Cache - Mem

• 三種映射方法

  • 直接映射

    若 Cache 有 n 個塊，這個地址的塊號是 i，那它就會被對應到 Cache 中索引為 i % n 的塊上。

  • 全相聯

    不規定約束。只要空出來的塊就可以塞。每個塊都有一個比較器，用於比較標簽和有效位是否對應。

  • 多路組相聯

    有多少路，就意味着每個索引含有多少個塊。每個索引（或者說每個組）內是全相聯的。

• Miss 會發生什么？

  • 首先，阻塞流水線
  • 從下一級存儲器中獲取這個塊
  • 重新取址 或 繼續完成數據過程

• 寫方法（命中時）

  • 寫直達法：命中后，既改 Cache，又更新主存。

    但這會讓寫變得很慢。

    一種解決方法是：使用寫緩存區，當緩存區滿了再一起寫入主存。

  • 寫回法：命中后，只寫 Cache，不寫主存。

    需要臟位。當一個臟塊被替換時，把它寫回內存。

• 寫方法（缺失時）

  • 寫直達法：兩種應對方式
    • 寫分配法：把塊拿到 Cache 里
    • 寫不分配法：不拿過來。這種一般可能用於操作系統或是應用程序的初始化。
  • 寫回法：總是會把塊提取到 Cache 里

• 多級 Cache

  • 第一級專注速度，第二季專注減少 miss

• 缺失延時與帶寬計算

  • 舉例：（圖中的 bus clock 不是 CPU clock，是由總線頻率決定的）

    

• 涉及此的 CPI 計算

  • 舉例：

    )

• 影響缺失率的因素

  • 塊的大小

    由空間局限性，塊的增大，也許可以提高命中率。

    但塊的增大，同樣意味着更少的塊、更多的競爭，這有可能反過來使得缺失率上升。

    塊增大后可能會造成“污染”。也就是增加了調入大量無用數據的可能性。

    同時，更大的塊也意味着更大的缺失延時。

  • 相聯方式

    受限於硬件成本。

  • 多級 cache

  • 編譯優化

  • 軟件、代碼自身寫法（比如經典的二重循環分塊）

• 替換方式：

  • LRU，MRU 和 隨機

  • 一般是 LRU（最近最少使用替換算法）

  • 如何算對要替換哪個？

    把組內的標簽按最近訪問的順序排，訪問到哪個就把它提到最前面，然后替換就拿走最后面的那個（MRU 是拿走最前面的）

• 計算注意事項

  • Cache 包含數據、標簽和有效位，算的時候一般不算臟位和引用位，若算上了，需要文字說明。
  • 注意題目對 Cache 大小和塊大小的定義，尤其是一道題里出現兩個不同的 Cache 時。
  • 注意大小的單位是字還是字節。
  • 上來第一件事是對地址進行划分。先把塊內地址，或者說塊內偏移量的那幾位划出來，然后余下的塊號再來討論。
  • 求 CPI 時，記得如果給延時單位不是時鍾周期，要先根據主頻算出時鍾周期，再把延時轉化為時鍾周期數。

三、可靠性評價

• 可靠性評價：
  • MTTF：mean time to failure （平均無故障時間）
  • MTTR：mean time to repair （平均修理時間）
  • MTBF = MTTF + MTTR：mean time between failures
  • Availability = MTTF / MTBF
• 兩種提高可靠性的方式：
  • 提高無故障時間：錯誤避免、容忍（備份）、預測
  • 降低修復時間（提高診斷、維修的能力，設備備份、快速替換）

四、校驗碼

• 奇偶校驗：
  • 一般用於計算機內部數據傳輸，距離短，外界干擾少
• 常用校驗碼：
  • 漢明碼
  • CRC無限冗余校驗碼
• 漢明碼：
  • 給數分組，每一組加一個奇偶校驗位，這個分組是交叉分組的
  • 如果位數是2的次冪，那那一位就是校驗位。假如它是 \(2^p\) 位，那么它校驗的是所有第 p 位為 1 的位。
  • 一般為偶校驗
• 漢明碼舉例：原八位：0110 1101

H1 0001	H2 0010	H3 0011	H4 0100	H5 0101	H6 0110	H7 0111	H8 1000	H9 1001	H10 1010	H11 1011	H12 1100
P1	P2	0	P3	1	1	0	P4	1	1	0	1
0		0		1		0		1		0
	0	0			1	0			1	0
			1	1	1	0					1
							1	1	1	0	1

​ 所得校驗碼為：000111011101

• 如何檢驗出錯誤的位？

  • 定義：vi = pi 異或上 (pi 檢驗的所有位的異或和)，如：

  • v1 = p1 ^ H3 ^ H5 ^ ...

    v2 = p2 ^ H3 ^ ...

    v3 = p3 ^ H5 ^ ..

    v4 = p4 ^ H9 ^ ..

  • v4v3v2v1 表示的二進制數，實際上就是出錯的位數。

• 如何檢測出是有兩位錯誤？

  • 在后面再加一個第 13 位。檢驗前面的所有 12 位。
  • 若這一位與前面所有的異或和的異或和為1，表明有一個錯。
  • 若異或為0，且有錯，那就是兩個錯。

• 有幾位校驗位？\(2^P \geq P + d + 1\)

五、虛擬存儲器

• 一些名詞及其縮寫

  • VM，virtual machine，虛擬機
  • VMM，Virtual Machine Monitor，是軟件，將虛擬的內存訪問轉化為對物理內存、輸入輸出、CPU的實際調用。

• 虛擬空間：

  • 又稱程序空間，操作系統為每個運行起來的程序分配的空間。
  • 虛擬地址可以對應到物理地址。

• 頁：

  • 主存 與 Disk 之間，也是按塊傳輸的，這個塊比較大，被叫做“頁”。

  • 虛擬存儲器和主存也按同樣大小來畫頁。類似的，有“虛擬頁號”，“頁內地址”。

• 頁表：

  • 虛擬地址與物理地址的轉化由 CPU 完成。但其對應表，頁表由操作系統產生，並存放在主存中。
  • 有一個寄存器會存頁表首地址的位置。
  • 頁表的索引就是虛擬頁號。每個表項是一個虛擬頁號對應的物理頁號。
  • Disk 到 Mem 是全相聯的。主存滿了就 LRU。
  • 每個表項里有：物理地址或輔存地址、有效位、臟位、reference位。CPU 隔一段時間就會清空 r 位。
  • 有效位 1 表示已經在內存中。
  • 寫硬盤的方法是寫回法。因為寫回去要花的時間太久了。

• 頁故障：

  • 有效位為 0。
  • CPU 會調用操作系統的頁故障處理程序，把輔存的那一頁調到主存中（這一過程不是由 CPU 完成）。
  • 這非常的慢。

• TLB：

  • 為了方便地址的轉換（不需要多次訪存）而設置的 Cache。稱為快表。
  • 保存的是最近要用的虛擬頁號與主存頁號的對應關系。
  • 與一般的 Cache 類似，這個也有標記位、有效位、臟位等。也有三種映射方式。
  • 記住，是用虛擬頁號去索引的，不是用虛擬地址哦！

• 注意看題目給的是字地址還是字節地址。

六、小知識

• U盤寫多了二氧化硅層會薄，然后無法阻擋電子，然后就寄了

• 輔存相關：

  • 輔助存儲器，disk、硬盤，屬於外設。

  • flash 半導體存儲元是有壽命的，寫 1000 次就寫穿了，所以需要有軟件算法來保證負債均衡。

  • 機械硬盤（溫切斯特盤）常封死，防塵防潮

• cache 和 Mem 是一時性的，斷了電就沒了。

• 輔存的讀寫：

  • 尋道：把磁頭移到磁道上
  • 等待：等待扇區轉到合適的位置上（旋轉延時）

  硬盤有專門的硬盤控制器

• 文件系統最重要的是建立文件索引，格式化會將索引寫進去，所以格式化完容量會減少

• 剛開機時，mem 和 cache 是空的，會先有一個裝載操作系統的過程

• 5G基站的覆蓋范圍只有 100m，所以現在基本只在大城市有